JP2013080082A - オートフォーカスシステム - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカス駆動の負荷変動により発生するバックラッシュ変化を補正し、レンズの停止精度の向上を図る。
【解決手段】前回の駆動と異なる方向に駆動することを判定する反転検出手段２０５と、フォーカスレンズ駆動の負荷を検出するフォーカス負荷検出手段２０６と、フォーカス負荷検出手段の出力結果をもとにバックラッシュ量を決定するバックラッシュ量決定手段２０７と、反転検出時にはバックラッシュ量検出手段で検出されたバックラッシュ量を駆動量算出手段２０４から算出された駆動量に加え、フォーカスレンズ２１０を駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一眼レフカメラのオートフォーカスシステムに関し、特に反転時のフォーカスレンズの停止精度向上に関するものである。

近年のデジタルカメラの高画素化に伴い、オートフォーカス精度の向上が求められている。オートフォーカスの精度を決める要因として大きくは焦点検出の精度と検出結果に基づき駆動されるフォーカスレンズの停止精度が挙げられる。

フォーカスレンズの停止精度において、特に精度を左右するものが反転時に発生するフォーカス駆動部とフォーカスレンズ間の伝達系のバックラッシュである。

レンズの位置を直接検出すればバックラッシュの影響はないが、レンズ位置を直接検出することは検出系の配置上困難であり、モータ近傍に駆動量検出系を配置することが一般的である。

そのため、フォーカス駆動の伝達系のバックラッシュが発生すると、その分がフォーカスレンズの停止精度誤差となる。

上記バックラッシュを補正する手段として以下のような技術が開示されている。

特許文献１では予めバックラッシュ量を設定しており、反転時にはフォーカス駆動量にバックラッシュ量を加えてフォーカス駆動することが挙げられている。

特許文献２ではさらに予め設定されたバックラッシュ量が適正かどうかを判定する手段が提示されている。具体的には設定されたバックラッシュ量分加えてフォーカス駆動した後に焦点検出を行い、合焦しない場合はその誤差分を次回のバックラッシュ量に加えるというものである。

特開平１−２８０７１２号公報 特開平１１−２７１５９４号公報

バックラッシュ量は伝達系の遊びと伝達系のたわみにより発生する。

その内、伝達系の遊びについては所定値に設定できるが、伝達系のたわみについては、伝達系に加わる負荷変動により変化する。つまり、温度変化や姿勢差により負荷が変動する場合、たわみが変化してバックラッシュ量が変化してしまう。

上記、伝達系のたわみによるバックラッシュ量を鑑みると、特許文献１においてはバックラッシュ量が所定値に設定されるため、負荷変動に伴うバックラッシュに対応していない。

一方、特許文献２においては動いている被写体のように被写体位置が不安定な場合、焦点検出結果に基づきバックラッシュ量の補正を行うとバックラッシュ量が不正確になり、かえってレンズ停止精度の誤差を大きくしてしまう。

上記目的を達成するために、フォーカス駆動用のアクチュエータへの入力より、フォーカス駆動の負荷を検出して、その検出結果に基づきバックラッシュ量を補正することにした。

本発明によれば、フォーカス駆動の負荷変動発生時にも正確なバックラッシュ補正を可能にして精度良いオートフォーカスを実現できる。

本発明の実施形態であるカメラシステムの断面図である（その１）。 本発明の実施形態であるカメラシステムの断面図であって、図１aの状態からズーム操作により変倍された状態を表す断面図である。 本発明の実施形態であるカメラシステムのブロック図である。 本発明の実施形態であるカメラシステムのフローチャート図である。

［実施例１］
本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。

図１a、は本発明の実施例を表すカメラシステムの断面図である。

１はカメラボディー、2が装着された交換レンズである。カメラボディー1は３〜９の以下の構成部より成っている。3は撮影開始前はレンズ2を通ってきた光線の光軸上にあり、光線の一部をファインダー光学系に導くと共に一部の光線をサブミラー４を通して焦点検出部５へと分光し、撮影中は光軸より待避するミラーである。

焦点検出部５は入射した光線を二つの光束に分割するコンデンサレンズと光線を再結像させる二つのセパレータレンズと、結像された被写体像を光電変換するCCD等のラインセンサーからなる位相差方式のAFセンサからなる。

６は撮影中はレンズ２を通ってきた光線が結像し、結像された被写体像を光電変換するＣＭＯＳあるいはＣＣＤなどの半導体撮像部である。

ファインダー光学系は７のペンタプリズム、８のファインダー光学部より構成されている。９は撮影された被写体像を表示する液晶モニターである。

交換レンズ2は１１〜２６の以下の構成部より成っている。

１１は第一のレンズ群でフォーカスと変倍補正系を兼ねるコンペンセイターレンズである。１２は第二のレンズ群で変倍系となるバリエーターレンズである。１３は第三のレンズ群でリレー系となる結像レンズである。第二、第三のレンズ群を通る光束（撮影光）は、絞り１４で光量制限される。１５は第一のレンズ群を保持する第一群鏡筒である。

後述する直進筒１８とヘリコイド結合するメスヘリコイド部１５ａと、後述する移動ギア２５と噛み合うギア部１５ｂを有している。

１６は第二のレンズ群と絞り１４を保持する第二群鏡筒であり、後述する案内筒２０の直進溝２０ａと後述するカム環１９の第二群駆動用カム溝１９ｂと係合するコロ１６ａを有する。

１７は第三のレンズ群を保持する第三群鏡筒であり、後述する案内筒２０に固定される。

１８は直進筒で前述の第一群鏡筒１５とヘリコイド結合するオスヘリコイド部１８ａと後述する案内筒２０の直進溝２０ａと後述するカム環１９の第一群駆動用カム溝１９ａと係合するコロ１８ｂを有する。

１９はカム環で後述する案内筒２０と径方向で嵌合しており、第一群、第二群をそれぞれ駆動するカム溝１９ａ、１９ｂと、案内筒に対しスラスト規制されるバヨネット溝１９ｃを有する。

２０は案内筒でカム環１９と径方向で嵌合しており、第一群、第二群をそれぞれの直進ガイドとなる直進溝２０ａと、カム環１９をスラスト規制するバヨネット部２０ｂを有する。

２１はズーム操作環で案内筒に回転可能に係合しており、ズームキー２２を介して、その回転をカム環１９に伝達する。

２３はフォーカス駆動部でモータ及びモータに連結される減速ギアからなり、その出力は回転伝達軸２４により移動ギア２５に伝達される。

移動ギア２５は直進筒に回転可能にスラスト規制されると共に、回転伝達軸２４に対してはスラスト方向に自由に移動できると共に回転伝達軸２４より回転のみ伝達される。

２６はレンズ側マウントであり、不図示のカメラ側マウントに対し脱着可能に係合する機能を有し、案内筒２０に一体的に固定されている。

図１bは図１aの状態からズーム操作により変倍された状態を表しており、１〜２６の構成部は図１ａと同部品である。

以下にズーム作動とフォーカス作動について記載する。

ズーム作動はズーム操作環２１を回転させることにより行われる。

ズーム操作環２１の回転は前述したようにズームキー２２を介してカム環１９に伝達される。

カム環１９の回転により、カム環１９の駆動用カム溝１９ａ、１９ｂ及び案内筒の直進溝２０ａに係合する駆動用コロ１８ｂ、１６ａにより直進筒１８、第二群鏡筒１６が直進駆動される。

直進筒１８ａが直進駆動するとヘリコイド結合する第一群鏡筒も直進駆動される。前記、第一群、第二群の駆動により変倍動作が行われる。

前述したように移動ギア２５は直進筒１８に回転可能にスラスト規制されているため、ズーム時には直進筒１８と共に移動する。

一方、移動ギア２５は回転伝達軸２４に対して、スラスト方向に移動自由で回転のみ規制されているため、ズーム時に移動ギア２５は回転伝達軸２４に回転規制されたまま光軸方向に移動する。

図１ａと図１ｂを比較して判るように、上記構成のため、ズーム位置によりフォーカス駆動の伝達長さが変化し、フォーカス伝達系の剛性が変化することになる。

フォーカスはカメラ側の情報に基づき、フォーカス駆動部２３が駆動制御されることでフォーカス動作が行われる。

フォーカス駆動部２３の回転出力が回転伝達軸２４を介して、移動ギア２５に伝わると移動ギア２５と噛み合う第一群鏡筒のギア部１５ｂを介して第一群鏡筒が回転し、ヘリコイドにより回転繰出ししてフォーカス駆動が行われる。

図２は、本発明に係る図１で説明した撮影装置を搭載したカメラシステムのブロック図である。

図中、１００はデジタルカメラ本体、２００は交換レンズ本体を示している。

１０１は、マイクロコンピュータで構成されるカメラＣＰＵで、後述の如くカメラ本体１００内の種々の装置の動作を制御するとともに、レンズ本体２００の装着時にはカメラ接点１０２を介してレンズＣＰＵ２０１との送信及び受信を行なうものである。

その送信される情報としては、後述する焦点検出情報に基づくディフォーカス情報等が含まれる。

カメラ接点１０２はレンズ側に信号を伝達する信号伝達接点、レンズ側に電源を供給する電源用接点からなっている。

１０３は、外部より操作可能な電源ＳＷ手段であり、カメラＣＰＵ１０１を立ち上げてシステム内の各アクチュエータやセンサ等への電源供給およびシステムの動作を可能な状態とするためのスイッチである。

１０４は外部より操作可能な2段ストローク式のレリーズＳＷ手段で、その信号はカメラＣＰＵ１０１に入力される。

第１ストロークスイッチ（ＳＷ１）がＯＮであれば、撮影準備動作（AE、AF）が行われる。

第２ストロークスイッチ（SW２）がONまで操作されたことを検知するとミラーアップを行い、露光動作が開始される。

１０５は測光手段であり、露光量の決定を行なう。１０６は焦点距離検出手段であり、図１の焦点検出部５により被写体を測距し、ディフォーカス量を検出して、前記ディフォーカス情報をカメラCPUへと伝える。１０７は露光手段（シャッタ）であり、シャッタの開放により露光を行う。１０８は撮像部で結像光学系を通った結像された被写体像を光電変換して、信号処理部１０９にてディジタル変換された画像信号を出力する。その画像データは画像記録手段１１０にてフラッシュメモリ等の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等の記録媒体に画像信号を記録、保存する。

２０２はレンズ接点であり、カメラ側より信号を伝達される信号伝達接点、カメラ側から電源を供給される電源用接点からなっている。

２０３はフォーカス駆動制御部で後述するフォーカス駆動量算出部２０４の情報を受けてフォーカス駆動部を制御する。

具体的な制御としてはフォーカス駆動量算出部２０４からの目標駆動量とフォーカス駆動量検出部２０９の検出結果を比較し、目標駆動量に達したところで駆動を停止するように駆動位置の制御が行われる。

また、フォーカス駆動量検出部２０９の検出結果から駆動速度を求め、駆動速度が所定の一定値になるように駆動部に入力される電圧を制御して駆動速度の制御が行われる。

フォーカス駆動量算出部２０４ではカメラ側で検出されたディフォーカス出力をフォーカス駆動量に換算すると共に、後述する駆動方向判定部２０５とバックラッシュ量算出部の情報を加味してフォーカス駆動制御部２０３に目標のフォーカス駆動量を出力する。

具体的には駆動判定部２０５から駆動方向が前回から反転したことを示す情報を受けるとディフォーカス量から換算した駆動量にバックラッシュ量を加え、駆動制御部２０３へ目標のフォーカス駆動量として出力する。

一方、駆動方向が同一である情報を受けるとディフォーカス量から換算した駆動量をそのまま駆動制御部２０３へ目標のフォーカス駆動量として出力する。

２０５は駆動方向判定部であり、前回のフォーカス駆動方行を記憶しており、次の駆動方向と同一方向かどうかの判定がなされ、その情報を駆動量算出部２０４へ出力する。

２０６は負荷トルク検出部であり、フォーカス駆動制御部２０３からのフォーカス駆動部２０８への入力電圧を検出して、フォーカス駆動に要する駆動負荷に換算し、後述するバックラッシュ算出部２０７へ情報を出力する。

具体的にはフォーカス駆動制御部２０３の制御により駆動速度が所定値となる入力電圧を検出し、その電圧に係数をかけることで駆動負荷情報とする。

駆動速度が一定の場合、駆動負荷と駆動電圧はほぼ比例関係となることから駆動電圧から駆動負荷が推測されるためである。

バックラッシュ算出部２０７では負荷トルク検出手段２０６から入力された駆動負荷情報とズーム検出手段から検出されたズーム位置情報からバックラッシュ補正量を算出する。

具体的には駆動負荷量情報とズーム位置情報のマトリックスでそれぞれ設定されているバックラッシュ補正量を選択する。

バックラッシュ補正量選択にあたり、ズーム位置情報を用いるのは、図１の説明にて記載したようにズーム位置によりフォーカス伝達系の剛性が変わるためである。

前記バックラッシュ補正量を予め設定されたイニシャルのバックラッシュ量に加算して、その値を駆動量算出部２０４に出力する。

２０８はフォーカス駆動手段であり（図１のフォーカス駆動部２３、駆動伝達軸２４、移動ギア２５を含む）、前述の如くレンズＣＰＵ２０１内のフォーカス駆動制御部２０３によって制御される。

２０９はフォーカス駆動量検出部であり、駆動部の回転をパルス板とインタラプタによりパルスカウントし、その情報をフォーカス駆動制御部２０３へ出力する。

２１０は合焦動作を行うためのフォーカスレンズ（図１の第一群レンズ１１に相当）である。２１１はズーム位置検出部で図１のカム環１９に固定された不図示のブラシと案内筒２０に配置された不図示のゾーン基板からなる。

カム環１９の回転によりブラシも回転し、ゾーン基板上のどのゾーンに電気的に接触しているかを検出して、ズーム位置を検出することになる。

２１２は絞り装置（図１中では１４）であり、前述の如くカメラＣＰＵ１０１から送信された絞り動作命令に従いレンズＣＰＵ２０１によって制御される絞り駆動部と、該絞り駆動部によって駆動され開口面積を決定する絞り部とから構成されている。

図３は、図２に示したシステムにおける主要動作を示すフローチャート図である。

まず、カメラ本体１００の電源ＳＷ手段１０３をＯＮにしレンズ本体２００に電源の供給が開始される（または、新しい電池を入れた場合、カメラ本体１００にレンズ本体２００を装着した場合などカメラ本体１００とレンズ本体２００との間で通信が開始される。）（＃１００１）。

次にカメラＣＰＵ１０１がレリーズＳＷ手段１０４のＳＷ１信号が発生しているか否かを判別する（＃１００２）。

発生していればＡＦモードが選択されているかの判別が行われる（＃１００３）。
ＡＦモードであるならば＃１００４へ、ＡＦモードでなければ（マニュアルフォーカスモードならば）＃１０１２へ進む。＃１００４では焦点検出が開始される。＃１００５で合焦判定が行われ、合焦であると判定されれば＃１０１２へ、非合焦と判断されると＃１００６へ進む。＃１００６では焦点検出結果からフォーカスレンズの駆動量が算出される。

次に＃１００７では前回の駆動に対し、今回の駆動方向が同一かどうかの判定が行われ、同一駆動方向であれば＃１００９へ、同一駆動方向でない（反転駆動）であれば、＃１００８へ進む。

なお、最初の駆動時には同一駆動として＃１００９に進む。

＃１００８では図２で説明したように前回駆動の駆動負荷情報と、現時点でのズーム情報からバックラッシュ補正量を算出し、イニシャルのバックラッシュ量に加え、さらにその値を＃１００６で算出されたフォーカス駆動量に加える。＃１００９では決定されたフォーカス駆動量に従いフォーカス駆動制御が行われる。

ここで前述したように前回に対し同一駆動方向時には＃１００６で算出されたフォーカス駆動量で駆動され、同一駆動方向でない時にはバックラッシュ量を加えたフォーカス駆動量で駆動されることになる。

＃１０１０では目標のフォーカス駆動量に達したかどうかの判断がなされ、駆動量に到達していれば＃１０１１へ進み、到達していなければ＃１００９へ進んでフォーカス駆動が継続される。

＃１０１１では前回の焦点検出の結果からフォーカス駆動量が所定値以下かどうかの判断がなされ、所定値以下であれば再度焦点検出が不要として＃１０１２に進み、所定値以上であれば再度焦点検出が必要として＃１００４に進む。＃１０１２では測光が行われる。
＃１０１３ではSW２のオン／オフが検出され、オンであれば＃１０１４へ、オフであれば＃１００２へと進む。＃１０１４では露光動作が開始され、ミラーアップ後にシャッタを開いて撮像素子へ露光を行う。＃１０１５では撮像素子の出力を記録し＃１００２へと進む。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ カメラボディー
２ 交換レンズ
３ ミラー
４ サブミラー
５ 焦点検出部
６ 半導体撮像部
１１ 第一のレンズ群（フォーカス、変倍補正系）コンペンセイターレンズ
１２ 第二のレンズ群（変倍系）バリエーターレンズ
１３ 第三のレンズ群（リレー系）結像レンズ
１４ 絞り
２３ フォーカス駆動部
２４ 駆動伝達軸
２５ 移動ギア

Claims (3)

1. 合焦動作を行うフォーカスレンズと、フォーカスレンズを駆動する駆動部と、焦点距離検出手段の検出結果に基づきフォーカスレンズの駆動量を算出する駆動量算出手段と、前記駆動量検出手段の検出結果に基づきフォーカスレンズを駆動制御する駆動制御部を有するオートフォーカスシステムにおいて、
   前回の駆動と異なる方向に駆動することを判定する反転検出手段とフォーカスレンズ駆動の負荷を検出するフォーカス負荷検出手段と前記フォーカス負荷検出手段の出力結果をもとにバックラッシュ量を決定するバックラッシュ量決定手段と前記反転検出時には前記バックラッシュ量検出手段で検出されたバックラッシュ量を駆動量算出手段から算出された駆動量に加え、フォーカスレンズを駆動することを特徴とするオートフォーカスシステム。
2. 前記駆動負荷検出手段はフォーカス駆動部への入力電力に関係する情報に基づき駆動負荷を検出することを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカスシステム。
3. ズーム位置情報と前記駆動負荷検出手段からの駆動負荷情報よりバックラッシュ量を決定するバックラッシュ量決定手段を有する請求項１に記載のオートフォーカスシステム。